博 士 論 文 概 要
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(2) １．. はじめに. 人 工 衛 星 は 、航 空 機 な ど の プ ラ ッ ト フ ォ ー ム に 比 べ 、広 範 囲 を 一 度 に 撮 影 で き 、 画像の歪みが少ないことが特徴である。この特徴を生かせば、地図作成における 省力化、効率化が期待できるが、そのためには衛星画像の特徴や品質の評価が不 可欠である。 地図作成の可能性を見極めるために、二側面の評価が必要である。一つは、画 像の判読性で、地図に描画されるべき地物が明確に識別できるかどうか評価され なくてはならない。もう一つは、位置情報の精度である。各種地図には、その縮 尺に見合った位置の精度が求められる。これを十分に満たす位置情報の精度が衛 星画像から得られるかどうか吟味されなくてはならない。 本 論 で は 、現 在 、 商 用 で 最 高 の 分 解 能 を 誇 る QuickBird 衛 星 を 用 い て 、こ れ ら 二つの側面から、地図作成に利用できるかどうか検討を行った。また、その際に 必要となる補正等も合わせて検討を行った。 ２．. QuickBird 衛 星 に つ い て. QuickBird 衛 星 は 、 2001 年 10 月 19 日 に 打 ち 上 げ ら れ 、 現 在 利 用 可 能 な 商 業 高 分 解 能 衛 星 の 中 で 最 高 の 61cm（ パ ン ク ロ 、 直 下 視 ） の 分 解 能 を も つ 。 軌 道 は 高 度 450km の 太 陽 同 期 軌 道 で 1〜 3.5 日 に 一 度 同 じ 場 所 の 観 測 が で き る 。 プロダクトとしては、基本、標準、オルソの 3 種類が用意されており、パンク ロだけでなく、マルチスペクトル画像も利用できる。また、基本画像には、ステ レオ視に適した基線高度比で撮影されたステレオペアも用意されており、数値標 高モデルの作成や三次元形状地物の抽出に利用できる。 ３．. QuickBird 画 像 の 判 読 性. 2002 年 7 月 31 日 に 撮 影 さ れ た 茨 城 県 牛 久 市 周 辺 の QuickBird 標 準 画 像 を 用 い て 、 図 化 及 び 判 読 の 性 能 を 評 価 し た 。 QuickBird 標 準 画 像 は 、 セ ン サ 補 正 、 放 射 量補正及び幾何補正が施された画像である。 図 化 性 能 は 、5 0 m メ ッ シ ュ 画 像 を 用 い て オ ル ソ 化 し た 画 像 を 地 形 図 編 集 ソ フ ト に イ ン ポ ー ト し 、 地 物 の 図 化 を 行 っ て 評 価 し た 。 判 読 性 能 は 、 60cm 解 像 度 の パ ン ク ロ 画 像 と 2.4m 解 像 度 の マ ル チ カ ラ ー 画 像 よ り 、 パ ン シ ャ ー プ ン 画 像 を 作 成 し 、目 視 に よ り 行 っ た 。マ ル チ カ ラ ー 画 像 に は 、近 赤 外 波 長 の バ ン ド も 含 ま れ る 。 そ の 結 果 、 道 路 に つ い て は 、 1 車 線 以 上 の 道 路 は 図 化 ･判 読 共 に 良 好 に 行 え た 。 軽車道は一部判読困難、歩道は判読困難であった。建物については、図化・判読 共に概ね良好に行え、カラー情報を利用することで判読性が向上した。しかし、 単画像では高さ方向の情報が不足しているため、中高層建物の判断をすることは 困 難 で あ っ た 。建 物 の 種 類 を 区 別 す る こ と は 、特 別 の 場 合 を 除 き 、非 常 に 難 し い 。 植 生 界 に つ い て は 、明 確 に 図 化 ･ 判 読 す る こ と が 可 能 で あ っ た 。特 に 、近 赤 外 バ ン 1.
(3) ドを含む画像を利用すると、植生の違いを認識することも容易に行えた。 ４．. QuickBird 画 像 の 位 置 精 度. 位置精度の評価は、画像に明確に写っている地物の測量結果と画像計測により 得られた地理座標を比較して行った。様々なプロダクトについて検討するため、 標準画像の単画像と基本ステレオ画像の 2 種類について評価を行った。 4-1.QuickBird 標 準 画 像 （ 単 画 像 ） の 水 平 位 置 精 度 評価した画像は、3 章の判読性の評価に使用した茨城県牛久市周辺のパンクロ 画像である。標準画像の元画像の他にオルソ補正画像についても評価を行った。 測 量 成 果 と し て は 、 GPS 測 量 に よ る 実 測 値 （ 6 点 ） 及 び 1/2,500 都 市 計 画 図 の 図 上 計 測 値 （ 11 点 ） を 用 い た 。 標 準 画 像 に は 、 緯 度 方 向 に 約 -2m、 経 度 方 向 に 約 -18m の 位 置 誤 差 が み ら れ た 。 各検証点における誤差ベクトルは、画像全体でほぼ同様な傾向を示し、西方向へ のシフトが観測された。オルソ補正した画像の位置精度は、元画像とほとんど違 い が み ら れ な か っ た 。 こ れ は 、 研 究 対 象 地 域 が ほ ぼ 平 坦 （ 最 大 比 高 差 30m） な た めと考えられる。 4-2.QuickBird 基 本 ス テ レ オ 画 像 の 三 次 元 位 置 精 度 2003 年 4 月 22 日 に 撮 影 さ れ た 神 奈 川 県 横 須 賀 市 周 辺 の 基 本 ス テ レ オ ペ ア 画 像 の 3 次元位置精度を評価した。基本画像は、センサ補正及び放射量補正のみが施 された画像で、いかなる幾何補正も施されていない。画像には、三次元モデルを 構築するための画像サポートデータが付属しており、衛星の姿勢や軌道情報を使 用した厳密なセンサモデルに基づくモデル（厳密モデル）と画像座標と地理座標 を 関 連 付 け る パ ラ メ ー タ に よ る 数 学 的 モ デ ル （ RPC モ デ ル ） を 構 築 で き る 。 こ れ ら 2 つ の 三 次 元 モ デ ル に つ い て 、 GPS 測 量 に よ る 測 量 成 果 60 点 を 用 い 、 位置精度の評価を行った。 厳 密 モ デ ル で は 、 緯 度 方 向 に 約 -10ｍ 、 経 度 方 向 に 約 -16m 、 鉛 直 方 向 に 約 -8m 〜 約 1 7 m の 位 置 誤 差 が み ら れ た 。水 平 方 向 誤 差 に 関 し て は 、全 検 証 点 で 同 様 の 南 西にシフトする傾向がみられ、鉛直方向誤差は東から西に向かってプラスからマ イナスに推移する東西方向に傾いたモデルが観測された。 RPC モ デ ル で は 、 緯 度 方 向 に 約 3m、 経 度 方 向 に 約 -13m、 鉛 直 方 向 に 約 2m〜 約 3m の 位 置 誤 差 が み ら れ た 。 水 平 方 向 誤 差 は 、 全 検 証 点 で 同 一 傾 向 を も ち 、 北 西へのシフトが観測された。鉛直方向誤差については、地理的な傾向はなく、ラ ンダムな分布となった。 ５．. ステレオモデルの空間的特徴. よ り 精 密 な Q u i c k B i r d 画 像 の も つ 空 間 的 特 徴 を 明 ら か に す る た め に 、基 本 ス テ レオ画像で観測された誤差ベクトルの詳細を調査した。 2.
(4) 誤 差 ベ ク ト ル の 緯 度 方 向 成 分 は 、厳 密 モ デ ル 、RPC モ デ ル 共 に 南 北 方 向 に 一 次 回帰する特徴を有していた。衛星の軌道はほぼ南北方向なので、進行に伴う誤差 の変化が表されている。実際の衛星の進行と軌道モデルの間に時間的に変化する 誤差が生じていると予想される。 誤 差 ベ ク ト ル の 経 度 方 向 成 分 は 、厳 密 モ デ ル 、RPC モ デ ル 共 に 東 西 方 向 に 二 次 回帰する特徴を有していた。経度方向の誤差の要因としては、楕円体補正におけ る誤差またはセンサモデルの誤差が考えられるが、楕円体補正における誤差だと すると、誤差ベクトルが画像全体で同一方向を向くことと矛盾する。よって、セ ンサモデルと現実のセンサの間に何らかの誤差があることが予想される。 誤差ベクトルの鉛直方向成分は、厳密モデルでは、東西方向に一次回帰する特 徴を有していた。これは三次元モデルの東西方向の傾きとして現われている。一 方 、 RPC モ デ ル で は 、 ほ ぼ 一 定 の 値 に 収 束 す る 傾 向 が み ら れ た 。 厳密モデルにおける誤差ベクトルの特徴は、センサモデルの誤差として説明で きる。現実のセンサがセンサモデルよりも傾いていると仮定すると、鉛直方向に はセンサのライン方向（すなわち東西方向）に傾きが観測され、経度方向には画 像全体で同一方向の誤差ベクトルが観測される。さらに、経度方向の誤差ベクト ルはセンサの中心で小さく、両端で大きくなるような二次曲線的分布を示す。 R P C モ デ ル に お い て 、鉛 直 方 向 誤 差 が 収 束 し た 原 因 は 、R P C モ デ ル が 空 間 の 四 隅の座標値と画像の四隅の座標値を数学的に対応させるものであるため、モデル の傾きが補正された可能性がある。それゆえ、厳密モデルで傾きが観測された場 合 に は 、 RPC モ デ ル を 用 い る の が 有 効 で あ る と 期 待 で き る 。 ６．. 高精度地理情報取得のための幾何補正. QuickBird 画 像 を 利 用 し て 地 理 情 報 を 取 得 す る た め に は 、 画 像 内 部 の 系 統 的 誤 差を考慮することが不可欠であることがわかった。非常に高い精度が求められる 場合を除けば、画像全体にみられるシフトを地上基準点 1 点による水平移動で除 去すれば十分な精度が得られることが予想される。しかしながら、より高精度の 位 置 情 報 を 必 要 と す る 場 合 に は 、複 合 的 な 誤 差 を 考 慮 し な け れ ば な ら な い 。特 に 、 基本ステレオ画像でみられた二次関数的な誤差については、一般化が難しく、単 純な変 換式 で補 正 するこ とは 不可 能 である 。そ こで 、画像中 心と 周縁 4 辺に 1 点 ずつの 5 点の地上基準点を用いた標定を行うことが有効であると考える。 RPC モ デ ル に お い て 、 画 像 基 準 点 1 点 に よ る 標 定 及 び 5 点 に よ る 標 定 を 行 い 、 水 平 位 置 誤 差 を 基 準 点 な し の 場 合 と 比 較 し た と こ ろ 、基 準 点 な し で 1 3 . 8 m で あ っ た 誤 差 が 1 点 で 1.4m、 5 点 で 0.6ｍ に 改 善 さ れ た 。 こ の 結 果 か ら 、 基 準 点 5 点 を 用いて標定することで高精度な地理情報が得られることが証明された。. 3.
(5) 研 究 業 績 種 類 別 論文. 講演. 題名、. 発表・発行掲載誌名、. 発表・発行年月、. 連名者（申請者含む）. ○Noguchi, M., Shimono, T., Nakamura, T. and Oki, S., Evaluation of Accuracy of 3D Model from QuickBird Stereo Imagery, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing(投稿中) ○Noguchi, M., Fraser, C.S., Nakamura, T., Shimono, T. and Oki, S., 2004, Accuracy Assessment of QuickBird Stereo Imagery, The Photogrammetric Record, 19(106),128‑137 ○下野隆洋、中村孝之、大木章一、野口真弓、2004、QuickBird ステレオペア画 像の位置精度評価、国土地理院時報、105、23‑28 小荒井衛、佐藤潤、野口真弓、飯田洋、雪下勝典、小島秀基、深沢宣代、小林大 介、菅雄三、2004、高分解能衛星(EROS‑A1)画像による空間データの取得に関 する研究、国土地理院時報、104、35‑41 飯田洋、矢来恵美、野口真弓、松尾馨、2002、IKONOS 単画像を用いた 2 万 5 千分 1 地形図の作成及び修正、国土地理院時報、99、39‑47 ○野口真弓、浦部ぼくろう、2001、GPS 空中三角測量の精度検証と有効性の検討、 国土地理院時報、96、45‑52 ○Urabe, B., Noguchi, M. and Koarai, M., 2001, Evaluation of Combined Phase Ambiguity Solution Method on GPS Assisted Aerial Triangulation, Journal of the Japan Society of Photogrammetry and Remote Sensing, 40(4), 37‑44 野口真弓、下野隆洋、2005、QuickBird ステレオ画像にみられる歪みについて、 日本写真測量学会平成 17 年度秋季学術講演会発表論文集、103‑106 Oki, S., Nakamur, T., Noguchi, M. and Shimono, T., 2004, Evaluation of DSM Generated from QuickBird Stereo Imagery, International Society for Photogrammetry and Remote Sensing XXth Congress 下野隆洋、中村孝之、野口真弓、大木章一、2003、QuickBird ステレオペア画像 の位置精度評価、日本写真測量学会平成 15 年度秋季学術講演会発表論文集、 79‑80 Oki, S., Takahashi, H., Nakamura, T., Noguchi, M. and Shimono, T., 2003, Evaluation of Accuracy of 3D Model from QuickBird Stereo Imagery, Joint ISPRS/EARSL Workshop High‑Resolution Mapping from Space 2003 , 3p(on CD‑ROM) 野口真弓、中村孝之、下野隆洋、飯田洋、小林大介、大木章一、2003、日本国際 地図学会平成 15 年度定期大会発表予稿集、56‑57 野口真弓、飯田洋、下野隆洋、2003、QuickBird 画像を用いた地形図作成の検討、 日本写真測量学会平成 15 年度年次学術講演会発表論文集、105‑108 飯田洋、小林大介、野口真弓、佐藤潤、2003、ALOS シミュレーションデータより 作成した DEM の精度評価、日本写真測量学会平成 15 年度年次学術講演会発表 論文集、113‑116 野口真弓、飯田洋、2003、コヒーレンスの違いが DEM に与える影響の検証、SAR Workshop 2003 資料、87‑90. 5.
(6) 研 究 業 績 種 類 別. 題名、. 発表・発行掲載誌名、. 発表・発行年月、. 連名者（申請者含む）. 野口真弓、飯田洋、水野時夫、佐藤潤、2002、相関処理方法の違いによる航空機 SAR/DEM の精度検証、日本写真測量学会平成 14 年度秋季学術講演会発表論文 集、71‑72 小林大介、飯田洋、野口真弓、2002、IKONOS ステレオペア画像を利用した 2 万 5 千分 1 地形図作成の試み、日本写真測量学会平成 14 年度秋季学術講演会発表 論文集、91‑94 飯田洋、矢来恵美、野口真弓、2002、デジタルオルソ画像を利用した 2 万 5 千分 1 地形図作成の試み、日本写真測量学会平成 14 年度年次学術講演会論文集、 223‑226 森田一哉、柴崎亮介、浦部ぼくろう、野口真弓、陳天恩、2001、ラインセンサを 用いた航空機搭載型撮像装置の精度評価、日本写真測量学会平成 13 年度秋季 学術講演会発表論文集、85‑88 浦部ぼくろう、野口真弓、小荒井衛、2000、整数値バイアス同時決定法 GPS 空中 三角測量の精度検証、日本写真測量学会平成 12 年度秋季学術講演会発表論文 集、241‑246 その他. 雪下勝典、小荒井衛、小島秀基、深沢宣代、飯田洋、小林大介、野口真弓、佐藤 潤、菅雄三、2004、高分解能衛星(EROS‑A1)画像による空間データの取得に関 する研究−広島地区画像基準点データベースの試作−、第 14 回国土地理院技 術報告会資料、61‑64 中村孝之、野口真弓、下野隆洋、2004、高分解能衛星画像を用いた地形図作成・ 修正に関する研究(第 6 年次)、平成 15 年度国土地理院調査研究年報、53‑54 中村孝之、野口真弓、下野隆洋、2004、陸域観測技術衛星(ALOS)データによる 2 万 5 千分 1 地形図修正、リアルタイム修正の実証(第 3 年次)、平成 15 年度国 土地理院調査研究年報、55‑56 野口真弓、飯田洋、2003、QuickBird オルソ画像の画像基準点データベースによ る検証、第 13 回国土地理院技術報告会資料、61‑64 小林大介、飯田洋、野口真弓、2003、高分解能衛星画像を用いた地形図作成・修 正に関する調査研究(第 5 年次)、平成 14 年度国土地理院調査研究年報、51‑54 野口真弓、飯田洋、2003、ディジタル画像情報による GIS データ作成に関する研 究(第 3 年次)、平成 14 年度国土地理院調査研究年報、55‑56 飯田洋、野口真弓、小林大介、2003、陸域観測技術衛星(ALOS)データを用いた 2 万 5 千分 1 地形図作成、リアルタイム修正の実証及びその先行研究(第 2 年 次)、平成 14 年度国土地理院調査研究年報、57‑60 飯田洋、小林大介、野口真弓、佐藤潤、雪下勝典、小荒井衛、小島秀基、深沢宣 代、2003、高分解能衛星(EROS‑A1)画像による空間データの取得に関する研究、 平成 14 年度国土地理院調査研究年報、61‑64 飯田洋、野口真弓、水野時夫、佐藤潤、2003、合成開口レーダ(SAR)データの取得・ 処理・利用技術の開発(第 4 年次)、平成 14 年度国土地理院調査研究年報、69‑72 野口真弓、南雲吉久、2002、スリーラインスキャナによる画像及びデータの精度 評価、第 12 回国土地理院技術報告会資料、37‑38 6.
(7) 研 究 業 績 種 類 別. 題名、. 発表・発行掲載誌名、. 発表・発行年月、. 連名者（申請者含む）. 野口真弓、南雲吉久、佐藤潤、2002、ディジタル画像情報による GIS データ作成 に関する研究(第 2 年次)、平成 13 年度国土地理院調査研究年報、45‑46 南雲吉久、野口真弓、佐藤潤、2002、GPS 及び IMU の利用による写真測量の効率 化に関する研究、平成 13 年度国土地理院調査研究年報、47‑48 野口真弓、浦部ぼくろう、2001、GPS 空中三角測量の精度検証、第 11 回国土地理 院技術報告会資料、39‑40 浦部ぼくろう、野口真弓、小荒井衛、2001、GPS 基線解析を用いた高精度空中三 角測量の利用に関する研究、平成 12 年度国土地理院調査研究年報、41‑42 浦部ぼくろう、野口真弓、小荒井衛、2001、ディジタル画像情報による GIS デー タ作成に関する研究(第 1 年次)、平成 12 年度国土地理院調査研究年報、43‑44. 7.
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